計(jì)算機(jī)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全

計(jì)算機(jī)科學(xué)

項(xiàng)目背景

密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全正在潛移默化地影響著日常生活：大到金融和軍事，小到微信和Whatsapp，不一而足。當(dāng)你打算使用信用卡在網(wǎng)上購(gòu)物結(jié)賬時(shí)會(huì)發(fā)生什么？如何確保網(wǎng)絡(luò)銀行系統(tǒng)的安全？我們能否設(shè)計(jì)一種無(wú)法破譯的密碼？這些問(wèn)題的答案，將在項(xiàng)目中一一為你揭曉。

密碼學(xué)是一門(mén)古老的藝術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)期間，德軍使用恩尼格瑪密碼機(jī)（Enigma）為信息加密傳遞情報(bào)。這一密碼系統(tǒng)最終被一支由英國(guó)數(shù)學(xué)家組成的專門(mén)小組破譯，盟軍從此扭轉(zhuǎn)了戰(zhàn)局。人們普遍認(rèn)為，它的破譯使盟軍的勝利提早了兩年。計(jì)算機(jī)科學(xué)之父阿蘭·圖靈就是專門(mén)小組的一員。他發(fā)明了“Bombe”密碼破解機(jī)，使用明文嘗試所有可能的密鑰。這臺(tái)機(jī)器被視為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的先驅(qū)。

現(xiàn)代密碼學(xué)不僅涉及密碼和加密方案設(shè)計(jì)，還涵括數(shù)字簽名、保障網(wǎng)上通信安全的密碼協(xié)議和數(shù)字證書(shū)等。學(xué)生將通過(guò)學(xué)習(xí)上述部分內(nèi)容建立起密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)架構(gòu)。

學(xué)生可以在導(dǎo)師給定的范圍內(nèi)自行選擇研究課題并且完成研究。（可選范圍：數(shù)字簽名、比特幣、加密方案和二戰(zhàn)經(jīng)典密碼）

項(xiàng)目介紹

項(xiàng)目將探索古典密碼學(xué)與現(xiàn)代密碼學(xué)的差別，講授一次性密碼本及其理論上的牢不可破性與局限性、模算數(shù)和數(shù)論、單向哈希函數(shù)、數(shù)字簽名、堪稱“現(xiàn)代經(jīng)典密碼”的對(duì)稱密鑰加密、密鑰交換協(xié)議和數(shù)字認(rèn)證等。學(xué)生將通過(guò)親身實(shí)踐，掌握密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)理論，在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)提交小組報(bào)告，進(jìn)行成果展示。

適合人群

高中生/大學(xué)生

學(xué)生需要具備基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)和基礎(chǔ)編程能力

導(dǎo)師介紹

卡耐基梅隆大學(xué)終身教授

Prof.Vipul is a winner of several honors including a 2016 ACM CCS test of time award, a Microsoft Research graduate fellowship, and, a Google outstanding graduate student award. He was named to the Forbes magazine 30 under 30 list of people changing science and healthcare in 2013. His research has received media coverage at popular science publications such as MIT technology reviews, Slashdot, and, Nature news. He has given invited lectures at places such as MIT, Princeton, and, IIT Delhi. He has served on program committees of conferences such as Crypto, Eurocrypt and ACM CCS. He has published over 80 technical papers at top conferences in cryptography such as at Crypto, Eurocrypt, STOC, FOCS, and, ACM CCS.He is broadly interested in all areas of cryptography (and in theoretical computer science in general)

Vipul導(dǎo)師現(xiàn)任卡耐基梅隆大學(xué)CMU計(jì)算機(jī)科學(xué)部門(mén)終身教授，曾任前微軟印度研究院密碼學(xué)與復(fù)雜性組研究員。他在學(xué)術(shù)領(lǐng)域碩果累累。他曾榮獲2016年ACM計(jì)算機(jī)與通信安全會(huì)議（CCS）時(shí)間檢驗(yàn)獎(jiǎng)，并且位列2013年福布斯科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域“30位30歲以下人物榜（30 under 30）”。Vipul導(dǎo)師曾在《麻省理工科技評(píng)論》、Slashdot、《自然》等熱門(mén)科學(xué)刊物上發(fā)表多篇文章，受邀至麻省理工學(xué)院MIT、普林斯頓大學(xué)、德里印度理工學(xué)院等高等學(xué)府發(fā)表演講。他曾在Crypto、Eurocrypt和ACM CSS等會(huì)議的項(xiàng)目委員會(huì)任職，并且在Crypto、Eurocrypt、STOC、FOCS和ACM CCS等密碼學(xué)頂級(jí)會(huì)議上發(fā)表技術(shù)論文80余篇，堪稱同時(shí)代論文引用量最多的密碼學(xué)家之一。

任職學(xué)校

卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）始建于1900年，是世界范圍內(nèi)頗負(fù)盛名的私立研究型大學(xué)，擁有世界歷史最悠久的計(jì)算機(jī)學(xué)院之一，在2020年QS世界大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)排名中位列第3，2019年U.S.News計(jì)算機(jī)科學(xué)美國(guó)排名第一位?！敖刂?021年1月，學(xué)校的教員和校友中共有20人獲得諾貝爾獎(jiǎng)，13人獲得圖靈獎(jiǎng)，22人獲評(píng)美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士，19人進(jìn)入美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)，72人入選美國(guó)國(guó)家學(xué)院?！?

項(xiàng)目大綱

古典密碼學(xué)與現(xiàn)代密碼學(xué)初探Applications of modern cryptography, fixed-shift cipher, Caesar cipher, classical ciphers continued: Vigenere cipher, substitution cipher, homophonic cipher

一次性密碼本與一次性消息認(rèn)證碼One-time pad, security analysis of one-time pad, tampering attacks on one-time pad, one-time message authentication code (MAC), security analysis, moving towards computational cryptography

模算數(shù)、數(shù)論與單向哈希函數(shù)Basics of number theory and modular arithmetic, discrete log problem, DDH problem, one-way hash functions, and etc

數(shù)字簽名與對(duì)稱密鑰加密Digital signatures, symmetric key encryption, designing one-time digital signatures, problem of key management, and etc

密鑰交換協(xié)議與數(shù)字證書(shū)Diffie-Hellman Key exchange, public-key encryption, El Gamal encryption, digital certificates, and etc.

項(xiàng)目回顧與成果展示Program Review and Presentation

論文輔導(dǎo) Project Deliverables Tutoring

時(shí)間安排與收獲

7周在線小組科研學(xué)習(xí)+5周論文輔導(dǎo)學(xué)習(xí) 共125課時(shí)

學(xué)術(shù)報(bào)告

優(yōu)秀學(xué)員獲主導(dǎo)師Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級(jí)別索引國(guó)際會(huì)議全文投遞與發(fā)表（可用于申請(qǐng)）

結(jié)業(yè)證書(shū)

成績(jī)單